국제해사기구의 e-Navigation 전략에 포함된 PNT서비스의 신뢰성 향상을 위해 GNSS 부재 시에도 활용 가능한 해사업무용 비동 기식 R-mode인 AIS-TWR 기법을 제안하고 성능을 평가하였다. 기존 정밀 동기에 기반을 둔 동기식 측위 기법과 달리 동기가 되어 있지 않 은 경우에도 메시지 교환을 통해 거리 측정이 가능하도록 AIS시스템 사양에 따른 동작 시나리오 제안 및 오차 요인을 분석하고 관련 식과 알고리즘을 도출하였다. 제안 기법의 성능 평가를 위해 추정 가능 한계를 나타내는 크래머-라오 하한을 제시하였으며 3km의 정적 환경에 놓 인 두 AIS 시스템을 대상으로 AIS-TWR 기법에 의한 시뮬레이션 결과 참 값 대비 약 41m의 추정 오차를 보였다.

본 연구에서는 내륙에서 수신한 로란 9930M 포항 송신국의 로란신호를 이용하여 Loran differential ASF를 측정하였고, 이를 통해 로란 신호의 시각동기 정확도를 향상시켰다. Differential ASF는 한국표준과학연구원(KRISS)의 UTC(KRIS) 기준 TOA 데이터에서 충남대학 교와 국립해양측위정보원에 설치된 원자시계를 기준으로 동시에 측정된 TOA 데이터를 각각 차분함으로써 구하였다. 자기장 안테나를 이용한 충남대학교에서의 60분 평균 TOA 측정결과는 0.1 μs 이내의 변동성을 보였고 국립해양측위정보원에서의 TOA 측정결과는 0.05 μs 이내의 변 동성을 보였다. 또한 충남대학교와 국립해양측위정보원에서의 60분 평균 differential ASF 측정결과는 수신국의 주변 환경 영향에 의해 최대 0.1 μs 정도까지 시각 변동성을 나타냈다. 따라서 UTC(KRIS)를 기준으로 측정한 TOA 데이터로 충남대학교와 국립해양측위정보원 측정 데이 터를 각각 보상하면 differential ASF 변화가 상쇄되어 로란 신호를 이용한 시각동기 정확도를 10 ns 정도 이내로 향상시킬 수 있다. 그리고 세 슘원자시계를 기준으로 포항 송신국 로란 신호의 기준위상과 KRISS에서의 로란 수신기의 출력 기준위상을 측정하여 두 지점 사이의 ASF는 약 3.5 μs로 나타났다.

dLoran과 ASF 데이터 맵 그리고 로란 데이터 채널은 eLoran 시스템의 중요한 3 요소이다. dLoran은 eLoran 기술의 핵심 기술로 ASF 보정을 통해 항법 정확도를 향상시키는 기술이다. 이러한 dLoran 보정을 통해 항만 접안(HEA)시에 8∼20 m 정확도의 항법 성능을 얻을 수 있다. 본 연구에서는 로란 9930M 체인 중에 주국인 포항 송신국의 신호를 이용하여 dLoran 측정을 하였다. 영일만 해상을 대상으로 dLoran 기준국을 포항 호미곶 표지관리소에 설치하고 시험용 수신기를 흥환 해수욕장에 설치하여 dLoran 측정의 유효성을 평가하였다. 그 결과 표지 관리소 dLoran 기준국의 TOA 측정 데이터와 흥환 시험국의 이용자 수신기 TOA 측정 데이터의 하루 동안의 차분 데이터는 약 10∼30 ns (거 리오차: 3∼9 m) 이내로 일치하고 있어서 이 dLoran 측정 데이터로 이용자의 ASF 측정값을 보정하면 eLoran의 항만 접안에서의 항법 정확도 를 만족할 수 있다.

eLoran 시스템의 구축을 위해서는 기존 LORAN-C 설비의 보완과 데이터채널, dLoran 기준국, ASF 데이터베이스 등의 추가가 필요하다. 특히 항만접근 시 eLoran을 이용한 정밀 위치측정을 위해서는 항만 해역에 대한 ASF 맵이 반드시 이용자에게 제공되어야 한다. 본 연구에서는 eLoran 시스템의 주요 오차 요인인 항만에서의 ASF를 효율적으로 생성 및 보완하기 위하여, ASF 예측모델과 실측치를 이용한 ASF 맵 생성기법에 대해 연구하였다. 포항 LORAN-C 주국(9930M)에서 송신신호와 LORAN-C 수신기의 수신신호를 각각 세슘원자시계를 기준으로 측정하는 전파지연 측정법을 적용하여 ASF 실측치를 얻었고, ASF 예측맵은 불규칙한 지형을 적용한 몬테스 모델로 구현하였다. 본 논문에서는 영일만 해상 12 개 측정점에서의 ASF 실측값과 ASF 모델링을 통해 획득한 예측값의 옵셋을 보정하여 영일만의 ASF 맵을 생성하였다.

eLoran에서의 항법 성능을 결정하는 주요 오차요인은 수신기의 eLoran 측정치인 TOA 측정치 오차와 수신기와 송신국들 사이의 기하학적인 배치(GDOP)에 의한 오차로 구분할 수 있다. TOA 측정치의 오차 보정을 위해서는 dLoran 기준국에서 측정한 ASF 변동값을 LDC를 통해 이용자에게 제공하면 가능하다. 또한 송신국들의 기하학적 배치에 따른 위치측정 정확도는 DOP로 결정되며 송신국의 최적의 기하적인 배치는 항법 정확도를 향상시킨다. 본 연구에서는 eLoran 구축에 대비하여 우수한 항법 성능을 갖는 데 필요한 eLoran 송신국의 기하학적인 배치를 결정하였고, 최대 6 개까지 송신국을 배치할 경우에 대해 각각의 항법 성능을 평가하였다. 제안된 eLoran 송신국 배치 방안은 항만에서 항법 및 시간주파수 와 관련하여 요구하는 HEA 정확도를 만족하는 eLoran 시스템을 구축할 때에 활용될 수 있다.

국제해사기구(IMO)가 개발 중인 e-navigation은 사용자 요구사항으로부터 서비스 및 시스템 아키텍처를 개발하고 이를 기반으로 e-navigation에 필요한 서비스를 사용자에게 제공하는 일종의 전략이다. 지난 2011년 국제해사기구 NAV 57차 회의에서 채택한 포괄적 e-navigation 아키텍처는 e-navigation을 구성하는 선상 및 육상 시스템간의 포괄적 관계만을 나타내고 있으므로 e-navigation 서비스를 실질적으로 구현하기 위해서는 선상시스템용 상세 아키텍처 개발이 요구된다. 아키텍처 개발 시 중요사항으로 사용자 요구사항부터 격차, 해결책으로 이어지는 일련의 전략 요소들과 아키텍처가 연관성 및 추적성을 갖도록 해야 한다는 점이며 이는 IMO가 지속적이고 순환적인 개발 결과 검증을 요구하기 때문이다. 이런 점을 고려하여 본 논문에서는 e-navigation 사용자 요구사항을 분석한 기술트리를 작성하고 이에 포함된 기능들이 격차 분석 결과 및 잠정 해결책들을 만족하는지 여부를 비교 분석하기 위해 미국 국방부의 DoDAF 방법론을 적용하였다. 기술트리 기능들과 e-navigation 전략 요소 개발 내용과의 비교 분석 결과 도출된 아키텍처 요소를 정보 흐름 관계로 표현하여 e-navigation 선상 시스템을 위한 기술적 아키텍처를 제안하였다.

TDOA 기법은 위치추정 기법의 하나로 간단한 구조와 높은 정확도를 가지는 장점으로 인해 실내측위, 재머 위치추적, 인명구조 등에 자주 사용된다. 본 논문에서는 MPM(Matrix Pencil Method)를 이용한 고분해능 TDOA 추정 기법을 제안한다. 제안된 기법은 기존의 교차상관을 이용한 TDOA 기법에 비교하여 높은 정확도를 가지며 협대역 신호에 적용이 가능하다. 또한 잘 알려진 고분해능 기법 중 하나인 MUSIC(Multiple Signal Classification)에서 공분산 행렬을 사용하는 것과 달리 수집된 데이터를 바로 행렬로 만들어 사용하므로 복잡성이 낮은 특징이 있다. 제안된 기법의 성능을 검증하기 위해 소프트웨어 시뮬레이션 통해 추정 오차와 연산량 측면에서 MUSIC 기법과 비교하였다.

eLoran (enhanced Long Range Navigation)의 구축을 위해서는 로란시스템 설비업그레이드, 시스템 정보데이터 채널추가, dLoran (differential Loran) 사이트, ASF(Additional Secondary Factor) 데이터베이스 등이 필요하다. 특히 eLoran 송신국들의 정확한 UTC (세계협 정시, Coordinated Universal Time) 동기는 eLoran 시스템의 항법성능 향상을 위해 필수적이다. 따라서 송신국들의 정확한 UTC 동기를 위해서는 송신국의 절대 지연시간 측정 및 모니터링이 필요하며, 측정된 송신국 지연시간의 변화량을 보정정보로 이용자에게 제공하여야 한다. 본 연구에서는 포항 LORAN-C 송신국(9930M)을 대상으로 수신지점에서의 TOA(Time of Arrival) 산출을 위한 송신신호의 기준시점을 측정하는 방법을 제시하였고 지연측정 시스템 및 송출신호 위상 모니터링 시스템을 개발하여 포항 송신국의 기준시점을 평가하였다. 측정결과 포항 송신국의 기준점 오프셋은 -2.23μs로 측정되었으며 송신 로란펄스의 위상을 관측한 결과 1 개월간에 약 0.3μs 정도 흐르는 것이 관측되어 로란의 PNT(Positioning, Navigation and Timing) 활용을 위해 위상 모니터링과 보상이 필수적임을 알 수 있었다.

Loran(LOang RAnge Navigation) 신호를 이용한 측위 시에 정확도에 가장 큰 영향을 미치는 오차요소는 TOA(Time of Arrival) 측정에서의 ASF(Additional Secondary Factor)이다. 따라서 공항접근이나 항만 접안 등의 측위 정확도를 만족시키려면 먼저 정확한 ASF측정이 선행되어야 하는데, 본 연구에서는 해상에서 ASF를 측정하는 기법을 연구하였다. 그 측정방법으로 포항 Loran-C 주국(9930M)에서 송신하는 로란 신호와 로란 수신기의 기준신호를 세슘원자시계를 기준으로 측정함으로써 해상에서의 ASF를 측정하였고 영일만 해상의 12 곳의 측정지점을 3 km 간격으로 설정하여 측정하였다. 해상측정에서 정확도를 높이기 위해서 전기장 안테나와 자기장 안테나를 동시에 사용하였으며 정확한 위치측정을 위해서 DGPS(Differential GPS)수신기를 이용하였다. 이런 방법을 이용하여 해상에서 ASF를 측정함으로써 ASF 예측값과 비교한 결과를 얻었다.

Loran (LOang RAnge Navigation) 신호에 의한 항법은 GPS (Global Positioning System) 활성화 전까지 주요한 항법시스템으로 이용되어 왔으며, 특히 선박들의 중장거리 항행에 있어서 필수적인 기능을 담당하였다. 그러나 산업의 발전과 더불어 항행 외에 항만 근접과 육로 항법으로서의 백업기능 그리고 정밀시각활용 등과 같은 분야에서는 현재 활용할 수 있는 성능 보다 우수한 정확도를 요구한다. 그 정확도를 향상시킬 수 있는 방법으로 Loran 송신국과 사용자 위치 사이의 전파지연 즉, ASF (Additional Secondary Factor)를 정확히 측정하여 보정하는 방법이 이용되고 있다. 본 연구에서는 우리나라 포항의 로란-C 주국(9930M)에서 발사하는 신호를 이용하였으며 TOC (Time of Coincidence) 테이블이 없는 Loran 신호 송출시스템에서 절대시간 지연을 측정할 수 있는 기법을 이용하여 포항 로란송신국으로부터 33 km 이내의 4 지점에서 측정하여 비교하였다. 측정결과 33 km 지점의 경우에 전파지연오차에 의하여 약 210 m의 거리오차가 발생하였지만 ASF 보정에 의해 40 m의 거리오차로 줄일 수 있음을 확인하였다.

대부분의 응용분야에서 GNSS가 주 측위 시스템으로 활용되고 있으나, 방해전파에 대한 취약성으로 인해 최근에 몇몇 국가에서 eLoran 시스템을 GNSS 백업용으로 사용하기 위한 연구를 진행 중이다. eLoran 시스템의 구축을 위해서는 기존 Loran 시스템에서 설비의 업그레이드, 데이터 채널 사용, dLoran 사이트 추가 구성, 전파 지연오차 보상을 통한 성능 향상이 필요하다. eLoran 신호를 이용한 측위 시에 정확도 성능에 가장 큰 영향을 미치는 오차요소는 육지를 통해 전파될 때 겪는 부가적인 지연요소인 ASF이다. ASF는 지상파 신호가 전파시에 가변적인 고도, 유전율, 도전율 특성을 갖는 육지를 통과하며 발생하는 지연요소이다. 따라서 지상파를 이용한 항법 시에 ASF에 대한 보상모델을 설정하는 것은 매우 중요하다. 본 논문에서는 몬테쓰 모델 (Monteath's Model)을 사용하여 ASF 예측치를 모델링하고, Loran 신호를 이용한 실측을 통해 ASF 실측치를 측정한 후, ASF 예측치와 실측치를 비교하고 특성을 도출하였다. 실험대상 지역은 대전 KRISS와 포항 근방이며, GRI 9930 체인 중 주국인 포항 송신국의 신호를 사용하였다. 실험을 통해 ASF 실측치의 반복성을 확인하고, ASF 예측치와 실측치 간에 일정한 추이를 보이는 것을 확인하였다.

GPS 환경에서 다중경로 신호는 의사거리 측정 정확도의 성능을 감소시키므로 GPS에 기반한 응용에서 위치 성능 감소로 나타나며, 이는 특히 고층 건물이 많은 도심환경 및 수면에 의한 반사가 많은 해양에서 문제가 된다. 다중경로 신호는 GPS 수신기 내부 상관기에서 상관 함수의 Early-Late 간 비대칭을 유발하므로, 본 논문에서는 Late 상관 값의 비대칭 정도를 보상하여 다중경로 오차를 제거하기 위한 가중 상관기 구조를 소프트웨어 GPS 수신기를 이용하여 구현하고, 그 성능을 평가하였다. 가중 상관기는 2개의 상관 암으로 이루어진 다중 상관기를 사용하여 상관함수의 비대칭 여부를 판단하고, 비대칭성을 감소시키기 위한 보정치를 생성한다. 이 구조는 다중 상관기에 비하여 연산 처리량 부하는 감소시키는 반면, 비슷한 다중경로 오차 제거 성능을 제공한다. 본 논문에서는 다중경로 신호 생성 블록을 포함한 GPS 신호 발생기와 가중 상관기 구조를 포함한 소프트웨어 GPS 수신기를 이용하여 다중경로 오차 제거 성능을 검증하였다. 실험을 통하여 가중 상관기가 일반 상관기와 협대역 상관기보다 더 나은 오차 제거 성능을 보임을 확인하였다.